鸭江隧道洞身开挖施工工艺和方法

摘要：本文以鸭江隧道为例，针对施工要点，从隧道开挖的方法、工序及注意事项阐述了隧道施工的施工工艺，并从爆破方式、设计原则、最大单响药量计算、钻爆参数选择、装药结构及光面爆破质量标准和技术要求六个方面详细介绍了洞身开挖时的爆破设计，最后简要的介绍了隧道开挖后出渣的处理与计算，可供隧道施工时参考。

关键词：围岩、台阶法、单侧壁导坑法、光面爆破、最大单响药量

中文分类号：U455，文献标识码：B

1工程概况

鸭江隧道进出口均属重庆市武隆县鸭江镇所辖，进洞口以南约200m斜坡坡脚为老国道319线，洞口所处斜坡中部有简易机耕道通过，机耕道与老国道319线相连，需修建便道约200m，交通较为不便；出洞口以南约60m为在建南涪铁路鸭江隧道，正前方为铁路施工弃渣场，渣场向东约140m为鸭江至武隆公路，施工需修建便道约200m，交通较为方便。隧道大体沿构造线方向布设，左线ZK13+868～ZK14+924.81、右线YK13+867.1～YK14+925.5，隧道穿越地带相对高差达320m，隧道最大埋深200m。隧道区属构造剥蚀侵蚀深切低山斜坡地貌，Ⅳ级和Ⅴ级围岩地段。

2隧道开挖

洞口土质或易坍塌软弱Ⅴ级围岩地段采用环形导坑预留核心土法或单侧壁导坑法开挖，Ⅳ级和Ⅴ级围岩洞身深埋段采用台阶法开挖。

2.1台阶法开挖

Ⅳ级围岩和Ⅴ级围岩洞身深埋地段均采用台阶法开挖方式。该地段在进行超前预支护后开挖上台阶土石方，上台阶开挖主要以光面爆破为主要掘进手段，最后进行上台阶初期支护；台阶长度定为50m～80m；下台阶采用左右马口不对称开挖，开挖后立即进行初期支护，使围岩尽早封闭成环，见台阶法施工步序图

2.2环形导坑预留核心土法开挖

洞口土质或易坍塌软弱Ⅴ级围岩地段采用环形导坑预留核心土法开挖。上半断面采用光面减震爆破和机械开挖为主要手段（施工中能采用机械开挖的尽量采用机械开挖），待施工完拱部初期支护后，再开挖核心土，每次必须确保预留不下于5m的核心土岩柱；下台阶采用左右马口侧壁预留保护层不对称开挖，侧壁保护层厚度为70～100cm，采用人工开挖进行修整，开挖后立即进行初期支护，使围岩尽早封闭成环，见环形导坑预留核心法施工步序图。

施工工序如下：

1、上弧形导坑开挖

2、上弧形导坑拱部锚喷支护、钢架支撑

洞口土质或易坍塌软弱Ⅴ级围岩地段采用单侧壁导坑法开挖。施工中把掌子面划分为四个区，四个区依次进行错位流水作业，首先在小导管超前预支护的前提下进行左侧壁上半断面的开挖、支护；待左侧上半断面完成5～10m后再进行左侧壁下半断面开挖和支护；当左

侧壁下半断面施工长度达到5m后，再进行右侧壁上半断面的开挖和支护；最后进行右侧壁下半断面开挖和支护，右侧壁上半断面同样比下半断面超前5～10m。施工中必须一掘一支护，严禁空顶作业，见单侧壁导坑法施工步序图。

洞口V级围岩浅埋段按单侧壁导坑法开挖，施工顺序如下：

（一）左侧上导坑开挖与初期支护

1、超前小导管预注浆完成后，开始导坑开挖

2、导坑初支，隧道喷射混凝土分两次完成，初喷1～3cm，钢架支撑安设后复喷至25cm，中隔墙一次喷够5cm。

3、安设隧道1段工字钢及中隔墙1段工字钢。

（二）左侧下导坑开挖与初期支护

4、待上导坑施工长度完成5～10m后开始导坑开挖

5、导坑初支，隧道喷射混凝土分两次完成，初喷1～3cm，钢架支撑安设后复喷至25cm，中隔墙一次喷够5cm。

6、安设隧道2段工字钢及中隔墙2段工字钢。

（三）右侧上导坑开挖与初期支护

7、待左侧下导坑开挖长度到达5m后，开始右侧上导坑开挖。

8、导坑初支，隧道喷射混凝土分两次完成，初喷1～3cm，钢架支撑安设后复喷至25cm。

9、安设隧道1段工字钢

（四）右侧下导坑开挖与初期支护

10、待上导坑施工长度完成5～10m后，开始导坑开挖导坑初支，隧道喷射混凝土分两次完成，初喷1～3cm，钢架支撑安设后复喷至25cm。

11、安设隧道3段工字钢。

12、浇注仰拱混凝土。

13、浇注拱墙混凝土。

施工中注意事项：

1、循环长度根据衬砌台车长度确定，最好开挖超过二次衬砌得长度不大于12m。一般要求二次衬砌紧跟开挖进行。

2、中隔墙设置18号工字钢与隧道18工字钢对应形成导坑初期支护的加劲措施，中隔墙工字钢采用钢板焊接连接。

3、中隔墙初期支护：Ø22砂浆锚杆，长0.8m环向间距1.0m，纵向间距0.8，C20喷砼5 cm。

4、支撑拆除要按照“先顶后拆”的原则进行。

5、开挖仰拱时，应注意防止边墙受挤压而内移。

6、18工字钢纵向以Ø22钢筋连接，该钢筋环向间距为1.0m。

7、此方法工作面窄，工序多，支撑用料大，造价 ，测量困难，但其最大的优点是划整为零，减小开挖跨径而达到防止塌方的目的。因此，本方法原则上仅用于地质条件差的洞口V级围岩浅埋段和局部破碎带。

3爆破设计

3.1、爆破方式

隧道开挖主要采用光面爆破，以确保开挖轮廓平整圆顺，Ⅳ级围岩地段单循环进尺不大于3.0m；Ⅴ级围岩洞身深埋地段单循环进尺不大于2.0m；洞口土质或易坍塌软弱Ⅴ级围岩地段单循环进尺不大于1.0m。施工中周边眼采用φ25mm小药卷进行间隔装药，掏槽眼、辅助眼、底板眼采用φ32mm药卷连续装药。1、本图尺寸注明者，余均以

3.2、设计原则

（1）爆破飞石距离控制：以爆破工作面为基准，爆破飞石距离控制在S≤50m，由于在隧道内爆破，以不损坏成形隧道结构及隧道内施工设备为原则。

（2）爆破地震波控制：根据周围建筑物及设施结构和特性，按照《爆破安全规程》（GB6722-2003）规定爆破振动安全允许标准，对居民一般砖房的爆破震动速度控制在V≤2.5cm/s，对相邻铁路隧道的爆破震动速度控制在V≤15cm/s。

（3）爆破冲击波控制：由于在隧道内爆破，无受冲击波影响的建筑物，一次齐发药量较小，冲击波的危害可忽略不计。

3.3、最大单响药量计算

经过现场考察和资料显示，隧道口离最近民房有110m，隧道右线距铁路隧道最近处约40m，隧道左右线最小间距约17.5m，为防止爆破施工对以上近距离构筑物的影响，根据《爆破安全规程》相关规定及世界著名爆破专家萨道夫斯基公式计算，并严格控制最大起爆单响装药量。

Q=R3(V/K)3/a

式中：

Q――炸药量，齐发爆破为总装药量，延时爆破为最大一段单响药量，kg；

R――控制点与爆源中心的距离，m；

V――保护对象所在地质点安全允许振动速度，cm/s；

K，a――与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数；

根据隧道围岩地质条件，参照《爆破安全规程》（GB6722-2003）规定，取：

K＝250，a＝1.8

代入上式，计算出最大允许单响药量见下表：

3.4、钻爆参数选择

爆破参数的确定采用理论计算方法、工程类比法与现场试爆相结合，在保证爆破振动速度符合安全规定的前提下，提高隧道开挖成型质量和施工进度。

除周边眼之外的炮眼装药量均可按以下公式计算（周边眼按照光面爆破设计）：

q=k×a×w×L×ё（kg）

式中q――单眼装药量（kg）：

k――炸药单耗（kg/m³）；

a――炮眼间距（m）；

w――炮眼爆破方向的抵抗线（m）；

L――炮眼深度（m）；

ё――炮眼部位系数（参照下页表所示）。

（5）炮眼堵塞

堵塞作用使炸药在受约束条件下作充分爆炸进而提高能量利用率，因此堵塞长度不小于20cm，堵塞材料采用炮泥（组分砂:粘土:水=3:1:1）。堵塞质量要求密实，不能有空隙和间断，见Ⅳ、Ⅴ级围岩炮孔布置图。

3.5、装药结构

周边光爆孔采用间隔装药，并用导爆索、竹片把φ25药卷绑扎成炸药串装入孔中，孔口用炮泥堵塞。其装药结构见《光爆孔装药结构示意图》。

3.6、光面爆破质量标准和技术要求

爆破后的围岩面应圆顺平整，无欠挖，超挖量控制在设计要求范围内。围岩为整体性好的坚硬岩石时，炮眼痕迹率应大于85%，中硬岩石应大于80%，软岩应大于60%。围岩面上无粉碎岩石和明显的裂缝，也不应有浮石（岩性不好时应无大浮石）。

测量现场画出开挖断面中线和轮廓线，根据钻爆设计图标出炮眼位置，开挖班组根据炮孔位置进行钻孔，钻孔完毕后再按炮眼布置图进行检查，合格后方可装药连线爆破。

爆破后进行敲邦找顶检查，对存在的险情或隐患及时采取措施进行处理，并采用激光断面仪检查爆破效果和超欠挖情况，根据检查结果不断修正爆破参数，以便更好达到光爆效果

4 装碴运输

4.1主洞采用无轨运输，装碴采用挖掘机配合装载机，出碴采用15t自卸汽车。

4.2 设备配置及循环时间计算

（1）、计算单车循环时间T0

T0=t1+t2+t3+t4+t5(min)

式中：t1―装车时间(min)，此处取3min；

t2―载重行驶时间（min），此处洞外取0.5km，洞内为1.0km，则L=1.5km；V1 :载重时的平均速度（km/h），此处取10km/h，所需9min；

t3―卸车时间（min），此处取1min；

t4―空车返回时间（min），V2：空车的平均速度（km/h），此处取20km/h，L=1.5km，所需时间4.5min；

t5―其他可能发生的停车时间（min），取1min；

代入各数值后，计算得T0=18.5min

（2）、车辆需要量计算

所需车辆数量为：

n=(t2+t3+t4+t5)/(t1+t6)+1

式中：t6―自卸汽车进入装料点的对位时间（min），此处取1min，其余与上相同。

代入数值计算得：n≈5辆

（3）、计算循环时间T

T=QγT′/qK1K2

式中：Q―计划生产量（m3），此处按Ⅳ级围岩考虑，进尺按2.7m，则为265m3

T′―t1+t6（h），此处为(3+1)/60=0.067

γ―围岩容重（t/m3）,此处取2.7

q―汽车载重量（t），此处为15

K1―汽车吨位利用系数, 此处取0.85

K2―时间利用系数, 此处取0.9

代入数值计算得：T=2.5h

即每个循环的出渣时间可在2.5小时之内完成。

（4）、结论

在洞内最大距离情况下，配备5台15 t自卸汽车可在2.5小时内完成进尺2.7m的装碴任务。在开挖过程中，由于洞内长度未达到最大值，故适当保证自卸汽车的数量即可满足在2.5小时内完成装碴作业的要求。

5 结语

隧道掘进采用光面爆破为主要方式，结合无轨运输高效施工，鸭江隧道围岩主要以Ⅳ级和Ⅴ级为主，为保证施工安全，需采用合理的开挖方法。钻爆采用自制多功能台架配合风动凿岩机进行钻孔，以光面爆破为主要控制手段，装载机配合自卸汽车出碴为主要运输形式。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。